碳化硅外延晶片及其制造方法
【專利摘要】根據(jù)一個實施方案，一種制造外延晶片的方法包括：在襯托器中提供晶片，以及在所述晶片上生長外延層。所述在所述晶片上生長外延層包括：將第一輸入量的原料供給到所述襯托器中的第一步驟，和將第二輸入量的原料供給到所述襯托器中的第二步驟。所述第一輸入量小于所述第二輸入量。根據(jù)一個實施方案，外延晶片包含晶片和在所述晶片上形成的外延層，其中所述晶片的表面缺陷為1ea/cm2以下。
【專利說明】碳化硅外延晶片及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種碳化硅外延晶片及其制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 通常，在用于在襯底或晶片上形成各種薄膜的技術(shù)中，已經(jīng)廣泛使用了 CVD(化學 氣相沉積）方法。CVD方法是伴隨化學反應的沉積技術(shù)，其中可以使用源材料的化學反應在 晶片表面上形成半導體薄膜或絕緣層。
[0003] 由于半導體器件的尺寸減小和高效率且高功率的LED的發(fā)展，作為重要的形成薄 膜的技術(shù)，這種CVD方法和CVD沉積裝置已經(jīng)引起了關(guān)注。目前將CVD方法和CVD沉積裝 置用于在晶片上沉積各種薄膜如硅層、氧化物層、氮化硅層或氮氧化硅層。
[0004] 例如，為了在襯底或晶片上沉積碳化硅薄膜，需要供給能夠與晶片反應的反應氣 體。通常，通過如下沉積碳化硅外延層：供給氣體材料如標準前體如硅烷（SiH 4)或乙烯 (C2H4)或者液體材料如甲基三氯硅烷（MTS)，對所述材料進行加熱以產(chǎn)生中間體化合物如 CH3或SiClx，并且將中間體化合物供給到沉積單元中以使中間體化合物與設(shè)置在襯托器中 的晶片發(fā)生反應。
[0005] 然而，當在碳化硅上沉積外延層時，可能在晶片上產(chǎn)生諸如缺陷或表面粗糙度的 問題。晶片的缺陷或表面粗糙度可能降低碳化硅外延晶片的品質(zhì)。
[0006] 因此，需要開發(fā)能夠解決諸如缺陷或表面粗糙度的問題的碳化硅外延晶片及制造 所述碳化硅外延晶片的方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 技術(shù)問題
[0008] 本發(fā)明涉及一種制造外延晶片的方法和通過所述方法制造的外延晶片，通過所述 方法通過減少晶片的表面缺陷和/或表面粗糖度而制造商品質(zhì)碳化娃外延晶片。
[0009] 技術(shù)方案
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種制造外延晶片的方法，所述方法包括：在襯托器 中提供晶片和在所述晶片上生長外延層。所述在所述晶片上生長外延層包括將第一輸入量 的原料供給到所述襯托器中的第一步驟，和將第二輸入量的所述原料供給到所述襯托器中 的第二步驟。所述第一輸入量小于所述第二輸入量。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種制造外延晶片的方法，其中對供給到襯托器 中的原料的量進行控制，使得在第一步驟和第二步驟中具有不同的生長速率。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，提供一種外延晶片，其包含晶片、在所述晶片上形成的 第一外延層和在所述第一外延層上形成的第二外延層。所述外延晶片的表面缺陷為Iea/ cm2以下。
[0013] 有益效果
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的實施方式，與通常的生長方法相比，可以通過在第一步驟中減少原 料的輸入量以降低生長速率而減少表面缺陷。然后，可以在第二步驟中沉積外延層。由此， 可以減少在最終的碳化硅外延晶片上的表面缺陷。
[0015] 因此，通過根據(jù)本發(fā)明實施方式的制造外延晶片的方法制造的最終的碳化硅外延 晶片可以具有減少的表面缺陷和商品質(zhì)。
[0016] 此外，根據(jù)本發(fā)明實施方式的碳化硅外延晶片的表面缺陷可以為約lea/cm2以下。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 圖1是用于描述根據(jù)本發(fā)明實施方式的制造外延晶片的方法的工藝流程圖；以及
[0018] 圖2?4分別是用于描述根據(jù)本發(fā)明實施方式的制造外延晶片的方法的襯托器的 分解透視圖、透視圖和橫截面圖，其中圖2是根據(jù)本發(fā)明實施方式的沉積裝置的分解透視 圖，圖3是根據(jù)本發(fā)明實施方式的沉積裝置的透視圖，且圖4是沿圖3的線1-1'所取的橫 截面圖的一部分。

【具體實施方式】
[0019] 應理解，當將層、區(qū)域、圖案或結(jié)構(gòu)稱為在另一個層、區(qū)域、圖案或結(jié)構(gòu)"之上"或 "之下"時，其可以直接地在另一個元件之上或之下，或者可以存在中間元件。如圖中所示出 的，在本文中可以使用空間上相對的術(shù)語如"在……下方"、"在……下面"、"下部"、"在…… 上面"、"上部"等來描述一個元件或特征對另一個元件或特征的關(guān)系。
[0020] 在圖中，為了描述的清楚和方便，可以對層、區(qū)域、圖案或結(jié)構(gòu)的厚度或尺寸進行 修改。
[0021] 在下文中，將參考圖1?4對根據(jù)本發(fā)明實施方式的外延晶片和制造外延晶片的 方法進行描述。
[0022] 圖1是用于描述根據(jù)本發(fā)明實施方式的制造外延晶片的方法的工藝流程圖；且圖 2?4分別是用于描述根據(jù)本發(fā)明實施方式的制造外延晶片的方法的襯托器的分解透視 圖、透視圖和橫截面圖。
[0023] 參考圖1，根據(jù)本發(fā)明實施方式的制造外延晶片的方法可包括在襯托器中提供晶 片（STlO)和在晶片上生長外延層（ST20)。
[0024] 在襯托器中提供晶片的步驟（STlO)中，可以將晶片設(shè)置在在室內(nèi)設(shè)置的襯托器 中。在此，晶片可以為碳化硅晶片。即，根據(jù)本發(fā)明實施方式的制造外延晶片的方法可以為 制造碳化娃外延晶片的方法。
[0025] 然后，在晶片上生長外延層的步驟（ST20)中，可以在襯托器中供給原料以在晶片 上生長碳化硅外延層。
[0026] 在晶片上生長外延層的步驟（ST20)可以分為兩個步驟。更具體地，在晶片上生長 外延層的步驟（ST20)包括其中將第一輸入量的原料供給到襯托器中的第一步驟和其中將 第二輸入量的原料供給到襯托器中的第二步驟。
[0027] 可以根據(jù)供給到襯托器中的原料的量來劃分第一步驟和第二步驟。即，在第一步 驟中供給到襯托器中的原料的量可以不同于與在第二步驟中供給到襯托器中的原料的量。 更具體地，在第一步驟中供給的原料的量可以小于在第二步驟中供給的原料的量。
[0028] 在第一步驟中供給的原料的量可以為在第二步驟中供給的原料的量的1/10以 下。即，在第一步驟中供給的原料的流量可以為在第二步驟中供給的原料的流量的1/10以 下。在第一步驟中供給的原料的流量可以在第二步驟中供給的原料的流量的1/10?1/2 的范圍內(nèi)。
[0029] 第一步驟和第二步驟可以依次進行。即，第一步驟和第二步驟可以不是單獨的步 驟而可以是連續(xù)的步驟。
[0030] 供給到襯托器中的原料可以包含碳（C)、硅（Si)、氯（Cl)和氫（H)。更具體地，原 料可以包括含有C和Si的液體、氣體或固體材料。液體材料可以包含甲基三氯硅烷（MTS) 或三氯硅烷（TCS)。氣體材料可以包含硅烷（SiH 4)、乙烯（C2H4)和氯化氫（HCl)，或者SiH4、 丙烷（C 3H8)和HC1。另外，可以進一步包含H2作為載氣。
[0031] 在第一步驟中，可以適當調(diào)節(jié)供給到襯托器中的原料的比率。即，在第一步驟中， 可以以第一輸入量的流量將原料供給到襯托器中，并且可以對供給到襯托器中和在襯托器 中離子化的原料的原子和/或分子比進行適當調(diào)節(jié)。更具體地，在第一步驟中，碳原子數(shù)對 硅原子數(shù)的比率（C/Si)可以為0. 7以下。另外，硅原子對氫氣分子的百分比（Si/H2)可以 為0. 01%以下。
[0032] 此外，在第二步驟中，碳原子數(shù)對硅原子數(shù)的比率（C/Si)可以為0.7?1.5。另 夕卜，硅原子對氫氣分子的百分比（Si/H 2)可以為0.01%以上。
[0033] 第一步驟和第二步驟中的生長速率可以根據(jù)供給到襯托器中的原料的第一輸入 量和第二輸入量而不同。更具體地，第一步驟中的生長速率可以小于第二步驟中的生長速 率。更具體地，第一步驟中的生長速率可以為第二步驟中的生長速率的1/20?1/2。
[0034] 在根據(jù)本發(fā)明實施方式的制造外延晶片的方法中，可以通過控制供給到襯托器中 的原料的量而在第一步驟和第二步驟中改變生長速率。
[0035] 即，可以將第一步驟中的原料的輸入量控制為在第二步驟中的原料的輸入量的 1/20?1/2的范圍內(nèi)，并且可以將第一步驟中的生長速率控制為在第二步驟中的生長速率 的1/20?1/2的范圍內(nèi)。
[0036] 在第一步驟中，可以減少晶片上的表面缺陷。通常，在碳化硅晶片上可以存在缺陷 如BPD、EH)或MPD。當在晶片上生長外延層時，這種缺陷可能在外延層的表面上產(chǎn)生缺陷， 降低碳化硅外延晶片的最終品質(zhì)，并且當將所述碳化硅外延晶片應用于功率器件時降低效 率。
[0037] 根據(jù)本發(fā)明實施方式的制造外延晶片的方法，與通常的生長方法相比，可以通過 減少在第一步驟中供給的原料的流量并降低第一步驟中的生長速率來減少晶片表面上的 表面缺陷。優(yōu)選地，可以將晶片的表面缺陷減少至約lea/cm 2以下。然后，可以在第二步驟 中沉積外延層以減少在最終的碳化硅外延晶片上的表面缺陷。
[0038] 因此，通過根據(jù)本發(fā)明實施方式的制造外延晶片的方法制造的最終的碳化硅外延 晶片可以具有減少的表面缺陷和商品質(zhì)。
[0039] 在第二步驟中，在除去晶片上的表面缺陷之后，可以在晶片上沉積碳化硅外延層。
[0040] 可以使用包含襯托器的沉積裝置在晶片上沉積外延層。
[0041] 圖2?4分別是用于描述根據(jù)本發(fā)明實施方式的制造外延晶片的方法的襯托器的 分解透視圖、透視圖和橫截面圖。
[0042] 參考圖2?4,沉積裝置包含室10、襯托器20、源氣體管道40、晶片保持架30和感 應線圈50。
[0043] 室10可以具有圓柱形管狀。另外，室10可具有矩形盒狀。室10可以容納襯托器 20、源氣體管道40和晶片保持架30。
[0044] 另外，室10的兩端可以封閉，且可以防止外部氣體流入到室10中，從而保持真空 度。室10可以包含具有高機械強度和優(yōu)異的化學耐受性的石英。此外，室10可以具有提 高的抗熱性。
[0045] 另外，室10可以進一步包含絕熱單元60。絕熱單元60可用于在室10中保存熱。 可以將氮化物陶瓷、碳化物陶瓷或石墨例示性用作絕熱單元60。
[0046] 襯托器20可以設(shè)置在室10中。襯托器20容納源氣體管道40和晶片保持架30。 另外，襯托器20可容納襯底如晶片W。另外，反應氣體可以通過源氣體管道40流入到襯托 器20中。
[0047] 如圖2中所示，襯托器20可以包含襯托器上板21、襯托器下板22和襯托器側(cè)板 23。另外，襯托器上板21可以設(shè)置為面對襯托器下板22。
[0048] 襯托器20可以通過如下制造：設(shè)置襯托器上板21和襯托器下板22,在其兩側(cè)設(shè) 置襯托器側(cè)板23,并且將襯托器上板21、襯托器下板22和襯托器側(cè)板23結(jié)合。
[0049] 然而，本發(fā)明不限于上述，并且可以通過在矩形襯托器20中形成用于氣體通道的 空間而制造襯托器。
[0050] 襯托器20可以包含具有商抗熱性能且易于加工的石墨。另外，襯托器20可以具 有其中石墨體涂布有碳化硅的結(jié)構(gòu)。此外，可以通過感應對襯托器20進行加熱。
[0051] 可以通過熱將作為供給到襯托器20中的材料的反應氣體分解成中間體化合物， 并以中間體化合物的狀態(tài)沉積在晶片W上。例如，所述材料可以包括含有C和Si的液體、 氣體或固體材料。液體材料可以包含甲基三氯硅烷（MTS)或三氯硅烷（TCS)。氣體材料可 以包含硅烷（SiH 4)、乙烯（C2H4)和氯化氫（HCl)，或者硅烷、丙烷（C3H 8)和HCl。另外，可以 進一步包含H2作為載氣。
[0052] 所述材料可以分解為包含Si、C或Cl的基團，并且可以在晶片W上生長碳化硅外 延層。更詳細地，基團可以為包含CH 3的CHX(1彡X < 4)或SiClx(l彡X < 4)、SiCl、SiCl2、 SiHCUSiHCl2 等。
[0053] 源氣體管道40可以具有矩形管狀。例如，用作源氣體管道40的材料可以為石英。
[0054] 晶片保持架30可以設(shè)置在襯托器20中。更具體地，可以在其中源氣體流動的方 向上將晶片保持架30可以設(shè)置在襯托器20的后面。晶片保持架30支持晶片W。例如，用 作晶片保持架30的材料可以為SiC或石墨。
[0055] 感應線圈50可以設(shè)置在室10的外側(cè)。更具體地，感應線圈50可以圍繞室10的 外周。感應線圈50可以通過電磁感應對襯托器20進行加熱。感應線圈50可以繞室10的 外周卷繞。
[0056] 可以通過感應線圈50將襯托器20加熱至約1500°C?約1700°C的溫度。即，可 以通過感應線圈50將襯托器20加熱至外延層的生長溫度。然后，源氣體可以在1500°C? 1700°C的溫度下被分解為中間體化合物并流入到襯托器中而要被噴射在晶片W上。可以由 噴射的基團在晶片W上形成碳化硅外延層。
[0057] 以這種方式，根據(jù)本發(fā)明實施方式的碳化硅外延層沉積裝置可以在襯底如晶片W 上形成薄膜如外延層，并且通過設(shè)置在襯托器20的端部上的排出管道將殘余的氣體排出。
[0058] 如上所述，與通常的生長方法相比，在根據(jù)本發(fā)明實施方式的制造外延晶片的方 法中，可以通過減少在第一步驟中供給的原料的流量并降低第一步驟中的生長速率而減少 晶片表面上的表面缺陷。優(yōu)選地，可以將晶片的表面缺陷減少至約lea/cm 2以下。然后，可 以在第二步驟中沉積外延層以減少在最終的碳化硅外延晶片上的表面缺陷。
[0059] 因此，通過根據(jù)本發(fā)明實施方式的制造外延晶片的方法制造的最終的碳化硅外延 晶片可以具有減少的表面缺陷和商品質(zhì)。
[0060] 在下文中，將通過根據(jù)實施例和比較例的制造碳化硅外延晶片的方法對本發(fā)明的 實施方式進行更詳細地描述。這種制造例僅為用于更詳細地描述本發(fā)明實施方式的實例， 且因此，本發(fā)明不限于此。
[0061] 實施例
[0062] 將碳化硅晶片設(shè)置在襯托器中，并且將SiH4、C2H 4、HCl和H作為源氣體供給到襯托 器中。此處，在第一步驟中在約1570°C的溫度下且在第二步驟中在約1600°C的溫度下制造 外延晶片。
[0063] 此處，在第一步驟中，碳原子數(shù)對硅原子數(shù)的比率（C/Si)可以為0. 7且硅原子對 氫氣分子的百分比（Si/H2)可以為0.01%。
[0064] 另外，第一步驟中原料的輸入量為第二步驟中原料的輸入量的1/10。
[0065] 比較例
[0066] 使用與實施例中相同的方法制造碳化硅外延晶片，不同之處在于不進行第一步 驟。
[0067] 表 1
[0068]

【權(quán)利要求】
1. 一種外延晶片，其包含： 晶片；和 在所述晶片上形成的外延層， 其中所述外延層的表面缺陷為lea/cm2以下。
2. 權(quán)利要求1的外延晶片，其中所述外延層包含第一外延層和第二外延層。
3. 權(quán)利要求2的外延晶片，其中所述晶片、所述第一外延層和所述第二外延層包含碳 化硅。
【文檔編號】H01L21/20GK104395986SQ201380035035
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2013年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月31日
【發(fā)明者】姜石民 申請人:Lg伊諾特有限公司